JP3942479B2 - High frequency power amplification module - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電力増幅モジュールに関し、特に、高周波信号の高出力増幅技術に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、移動体通信の1つとして、携帯電話が広く普及しており、その機能に対しても多様性が求められている。たとえば、携帯電話に用いられる高周波電力増幅モジュールに対しては、通信時間の伸張や画像情報のやり取りなど、短時間により多くの情報を送信するために高効率、高線形性などが要求される。
【0003】
そのため、高周波電力増幅モジュールに使用される電力増幅器に対して求められる仕様も厳しいものになっており、電力利得の出力依存性についても減少させ、かつ動作電流を低減させる必要がある。
【0004】
この高効率、高線形性の特性を得るために、電力増幅器は、複数のGaAs HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)を並列接続した、いわゆるマルチフィンガ構成となっている。
【0005】
また、電力増幅器には、温度などによって電力増幅率や出力電力などが変化した際のバイアス補正を制御するバイアス制御回路が設けられている。
【0006】
本発明者が検討したところによれば、バイアス制御回路は、たとえば、2つのトランジスタにより構成されたエミッタフォロワ回路が用いられており、該エミッタフォロワ回路で生成されたバイアス制御信号を電力増幅器におけるHBTのベース端子に供給することにより、バイアス制御を行っている。
【0007】
なお、この種の電力増幅器モジュールについて詳しく述べてある例としては、特開2001−127701号公報があり、この文献には、電力増幅器の電力利得の制御技術について記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような高周波電力増幅モジュールにおけるバイアス制御技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【0009】
すなわち、エミッタフォロワを構成するトランジスタが、GaAs HBTの場合、トランジスタにおいて動作可能なベース−エミッタ間電圧(Vbe)は1.4V程度以上であるので、ここでは、2つのトランジスタがあるので、Vbe=Vbe1+Vbe2(1.4V×2)=2.8V程度以上のコントロール電圧が必要となる。
【0010】
さらに、前述の2つのトランジスタを動作させるためのコレクタ電圧は、Vbe電圧よりも大きな電圧が必要であり、コントロール電圧の低電力化が困難となってしまうという問題がある。
【0011】
それにより、高圧のコントロール電圧を生成する電源回路などが必要となり、高周波電力増幅モジュールの小型化、低コスト化、および低消費電力化などの妨げとなっている。
【0012】
また、マルチフィンガの電力増幅器を多段(たとえば、2段)接続した場合、ある一方の電力増幅器に入力された高周波信号が、バイアス制御回路を介して他方の電力増幅器に漏洩してしまい、隣接チャネル漏洩電力(ACPR:Adjacent Channel Leakage Power Ratio)が劣化してしまうという問題がある。
【0013】
本発明の目的は、HBTなどを用いて構成された電力増幅器のバイアス制御を行うバイアス電圧を低電圧化するとともに、ACPRを向上させることのできる高周波電力増幅モジュールを提供することにある。
【0014】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
1.高周波電力増幅モジュールが、ベース端子に入力されるバイアス制御信号に基づいて電流増幅を行うトランジスタと、該バイアス制御信号を生成する第1のバイアス制御回路と、該第1のバイアス制御回路の出力部とトランジスタのベース端子との間に接続されたローパスフィルタと、変換電流から基準電圧を生成する基準電圧生成部とを備え、第1のバイアス制御回路は、バイアス電圧を電流に変換し変換電流を生成する電流変換部と、基準電圧生成部が生成した基準電圧をバッファリングするバッファとを含むものである。
【0016】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
2.前記第1項において、前記トランジスタの前段に接続され、ベース端子に入力されるバイアス制御信号に基づいて電流増幅を行う第2のトランジスタと、該第2のトランジスタに供給されるバイアス制御信号を生成する第2のバイアス制御回路と、変換電流から基準電圧を生成する基準電圧生成部とを備え、第2のバイアス制御回路は、バイアス電圧を電流に変換し、変換電流を生成する電流変換部と、基準電圧生成部が生成した基準電圧をバッファリングするバッファとを含むものである。
3.前記第1項または第2項において、前記電流変換部が、ボルテージフォロワ構成のオペアンプと、該オペアンプの出力部にゲートが接続され、電源電圧と基準電位との間に直列接続され、第1の電流を生成する第1のMOSトランジスタと、オペアンプの出力部にゲートが接続され、電源電圧と前記基準電圧生成部との間に直列接続され、第1の電流と同じ程度の第2の電流を生成する第2のMOSトランジスタとを含み、バッファはボルテージフォロワ結合されたオペアンプを含むものである。
4.前記第1項〜第3項のいずれかにおいて、ローパスフィルタが、第1のバイアス制御回路の出力部とトランジスタのベース端子との間に直列接続されたインダクタンスと、該インダクタンスと基準電位との間に接続された静電容量素子とよりなり、該インダクタンスが、ボンディングワイヤにより形成されたものである。
5.前記第1項〜第4項のいずれかにおいて、第1、および第2のバイアス制御回路の入力部が共通接続され、バイアス電圧が共通して入力されるものである。
6.前記第1項〜第5項のいずれかにおいて、前記バッファにおけるオペアンプの入力側端子にローパスフィルタを設けたものである。
7.前記第1項〜第6項のいずれかにおいて、前記トランジスタは、互いに並列接続された複数のトランジスタを含むものである。
8.前記第2項〜第7項のいずれかにおいて、前記第2のトランジスタは、互いに並列接続された複数の第2のトランジスタを含むものである。
9.前記第1項〜第8項のいずれかにおいて、前記トランジスタは、GaAs HBTよりなるものである。
10.前記第2項〜第9項のいずれかにおいて、前記第2のトランジスタは、GaAs HBTよりなるものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0018】
図1は、本発明の一実施の形態による移動体通信機器の概略を示すブロック図、図2は、図1の移動体通信機器に設けられた電力増幅モジュールのブロック図、図3は、図2の電力増幅モジュールの回路図、図4は、図3の電力増幅モジュールに設けられたローパスフィルタを構成するインダクタンスの説明図である。
【0019】
本実施の形態において、携帯電話などの移動体通信機器1は、図1に示すように、アンテナ2、分波器3、低雑音増幅器4、および電力増幅モジュール(高周波電力増幅モジュール)5などから構成されている。
【0020】
アンテナ2は、通信電波の授受を行う。このアンテナ2には分波器3が接続されており、該分波器3には、低雑音増幅器4、ならびに電力増幅モジュール5がそれぞれ接続されている。
【0021】
分波器3は、アンテナ2から送受信される送信側信号と受信側信号とを分波するフィルタである。低雑音増幅器4は受信信号の増幅を行い、電力増幅モジュール5は送信信号の増幅を行う。
【0022】
アンテナ2で受信された受信信号は、分波器3を介して低雑音増幅器4によって増幅され、その後、後段の周波数変換回路などに出力される。また、変調された送信信号は、電力増幅モジュール5によって基地局まで到達可能な電力まで増幅された後、分波器3を通りアンテナ2から送信される。
【0023】
さらに、電力増幅モジュール5の構成について説明する。
【0024】
電力増幅モジュール5は、図2に示すように、高周波増幅部6、およびバイアスコントロール回路7から構成されている。高周波増幅部6は、初段増幅器8と後段増幅器9とが直列接続された構成からなる。
【0025】
初段増幅器8の入力部は高周波増幅部6の信号入力部となり、後段増幅器9の出力部は高周波増幅部6の信号出力部となる。初段増幅器8は分波器3を介して入力された入力信号を増幅し、後段増幅器9は、該初段増幅器8から出力された信号を増幅する。
【0026】
バイアスコントロール回路7は、高周波増幅部6が温度などによって電力増幅率や出力電力などが変化した際のバイアス補正制御を行う。
【0027】
さらに、電力増幅モジュール5の回路構成について、図3を用いて説明する。
【0028】
高周波増幅部6は、初段増幅器8、後段増幅器9、基準電圧発生回路(基準電圧生成部)10,11、コンデンサ12〜14、チョークコイル15,16、ならびにローパスフィルタ17,18から構成されている。
【0029】
初段増幅器8は、トランジスタ(第2のトランジスタ)HBTa、および抵抗Ra1,Ra2から構成されており、後段増幅器9は、トランジスタHBTb、ならびに抵抗Rb1,Rb2から構成されている。トランジスタHBTa,HBTbは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタによって構成されている。
【0030】
ここで、図3において、初段増幅器8は、1つのトランジスタHBTaからなる構成としたが、複数個のトランジスタHBTaが並列接続された、いわゆるマルチフィンガトランジスタから構成するようにしてもよい。
【0031】
後段増幅器9も同様に、図3では、1つのトランジスタHBTbよりなる構成としたが、複数個のトランジスタHBTbが並列接続された構成からなるマルチフィンガトランジスタであってもよい。
【0032】
また、抵抗Ra1,Rb1はバラスト抵抗であり、抵抗Ra2,Rb2は電圧降下発生用抵抗である。これら抵抗Ra2,Rb2は、温度上昇などによってトランジスタHBTa,HBTbに流れる電流が増大した際に電圧降下を起こさせることにより、該トランジスタHBTa,HBTbの熱暴走を抑制する。チョークコイル15,16は高周波信号の漏れを抑止する。
【0033】
トランジスタHBTaのベースには、抵抗Ra1の一方の接続部が接続されており、該抵抗Ra1の他方の接続部には、抵抗Ra2の一方の接続部、およびコンデンサ12の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
【0034】
コンデンサ12の他方の接続部には、入力信号RFinが入力されるように接続されている。トランジスタHBTaのコレクタには、チョークコイル15の他方の接続部、およびコンデンサ13の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
チョークコイル15の一方の接続部には、電源電圧VCCが接続されている。
【0035】
コンデンサ13の他方の接続部には、抵抗Rb1,Rb2の一方の接続部がそれぞれ接続されており、該抵抗Rb1の他方の接続部には、トランジスタHBTbのベースが接続されている。
【0036】
トランジスタHBTbのコレクタには、コンデンサ14の一方の接続部、およびチョークコイル16の他方の接続部がそれぞれ接続されている。チョークコイル16の一方の接続部には、電源電圧VCCが接続されており、コンデンサ14を介して出力信号RFoutが出力されるように接続されている。
【0037】
トランジスタHBTa,HBTbのエミッタには、基準電位VSS(グランド電位)がそれぞれ接続されている。
【0038】
また、基準電圧発生回路10,11は、トランジスタTr1,Tr2、ならびに抵抗R1,R2からそれぞれ構成されている。トランジスタTr1,Tr2も同様に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタからなり、ダイオード接続されている。
【0039】
トランジスタTr1,Tr2のベースには、抵抗R1,R2の一方の接続部が接続されている。このトランジスタTr1,Tr2のエミッタには基準電位VSSが接続されており、該トランジスタTr1,Tr2のコレクタには抵抗R1,R2の他方の接続部が接続されている。
【0040】
バイアスコントロール回路7は、電流変換部7a,7b、および増幅部7c,7dから構成される。電流変換部(第1のバイアス制御回路)7aは、バッファアンプ(オペアンプ)BA1、抵抗RR1〜RR3、トランジスタT1,T2からなる。
【0041】
電流変換部(第2のバイアス制御回路)7bは、バッファアンプ(オペアンプ)BA3、抵抗RR4〜RR6、トランジスタT3,T4からなる。トランジスタT1〜T4はMOSトランジスタからなる。
【0042】
また、増幅部(第1のバイアス制御回路)7cはバッファアンプ(オペアンプ)BA2からなり、増幅部7d(第2のバイアス制御回路)はバッファアンプ(オペアンプ)BA4から構成されている。
【0043】
抵抗RR1,RR4の一方の接続部には、制御回路などから出力されるバイアス電圧Vcontが入力されるように接続されている。抵抗RR1の他方の接続部には、抵抗RR2の一方の接続部、およびバッファアンプBA1の正(+)側入力端子がそれぞれ接続されている。
【0044】
バッファアンプBA1の出力端子には、トランジスタT1,T2のゲートがそれぞれ接続されている。トランジスタT1,T2の一方の接続部には、電源電圧VCCが接続されている。
【0045】
トランジスタT1の他方の接続部には、抵抗RR3の一方の接続部、ならびにバッファアンプBA1の負(−)側端子がそれぞれ接続されている。抵抗RR2,RR3の他方の接続部には、基準電位VSSがそれぞれ接続されている。
【0046】
トランジスタT2の他方の接続部には、バッファアンプBA2の正側入力端子、および出力端子がそれぞれ接続されている。また、トランジスタT2の他方の接続部には、基準電圧発生回路10におけるトランジスタTr1のコレクタが接続されている。
【0047】
バッファアンプBA2の出力端子には、該バッファアンプBA2の負側入力端子が接続されており、このバッファアンプBA2の出力端子からバイアス制御信号BCが出力される。
【0048】
また、バッファアンプBA3,BA4、抵抗RR4〜RR6、トランジスタT3,T4においても、前述したバッファアンプBA1,BA2、抵抗RR1〜RR3、トランジスタT1,T2の接続構成と同様であるので説明は省略する。
【0049】
ローパスフィルタ17,18は、インダクタンスLp1、コンデンサ(静電容量素子)Cp1、およびインダクタンスLp2、コンデンサ(静電容量素子)Cp2からそれぞれ構成されている。
【0050】
コンデンサCp1,Cp2は、変調された高周波信号のエンベロープ周波数でインピーダンスが0Ωに近づき、該エンベロープ周波数を減衰させる。インダクタンスンスLp1,Lp2は、変調信号の搬送周波数でのインピーダンスの変化を抑える。
【0051】
インダクタンスLp1の一方の接続部には、コンデンサCp1の一方の接続部、およびバッファアンプBA2の出力端子が接続されており、インダクタンスLp1の他方の接続部には、後段増幅器9における抵抗Rb2の他方の接続部が接続されている。
【0052】
さらに、インダクタンスLp2の一方の接続部には、コンデンサCp2の一方の接続部、およびバッファアンプBA4の出力端子が接続されており、インダクタンスLp2の他方の接続部には、初段増幅器8における抵抗Ra2の他方の接続部が接続されている。
【0053】
よって、バッファアンプBA2,BA4の出力端子から出力されるバイアス制御信号BCは、ローパスフィルタ17,18を介してそれぞれ後段増幅器9、初段増幅器8に出力される。
【0054】
次に、本実施の形態によるバイアスコントロール回路7の作用について説明する。
【0055】
なお、ここでは、バッファアンプBA1,BA2、抵抗RR1〜RR3、トランジスタT1,T2の動作について説明するが、バッファアンプBA3,BA4、抵抗RR4〜RR6、トランジスタT3,T4においても同様の動作を行うものである。
【0056】
まず、バイアスコントロール回路7にバイアス電圧Vcontが入力されると、抵抗RR1,RR2で分圧された電圧がバッファアンプBA1の正側入力端子に入力される。
【0057】
バッファアンプBA1はボルテージフォロワ構成となっているので、バッファアンプBA1の正側入力端子に入力された電圧が増幅されて該バッファアンプBA1の出力端子から出力される。
【0058】
バッファアンプBA1から出力された電圧は、トランジスタT1によって電流変換される。トランジスタT2は、トランジスタT1に流れる電流を基準電流とし、その基準電流と同じ電流値を流す。
【0059】
ここで、トランジスタT2はMOSトランジスタであるので、該トランジスタT2における一方、および他方の接続部の間(ドレイン/ソース間)での電圧降下がほとんどなく、バイアス電圧Vcontの電圧値を低下させことができる。
よって、バイアス電圧Vcontの低電圧化が可能となる。
【0060】
そして、トランジスタT2から供給された電流は、基準電圧発生回路10によってある基準電圧が生成され、この基準電圧をバッファアンプBA2が増幅し、バイアス制御信号BCとして出力する。
【0061】
バイアス制御信号BCは、ローパスフィルタ17を介して高周波増幅部6に出力される。ローパスフィルタ17では、バイアス用DC成分は通過し、エンベロープ周波数はローインピーダンス、搬送周波数はハイインピーダンスとしている。これにより隣接チャネル漏洩電力を改善することができる。
【0062】
また、ローパスフィルタ17のインダクタンスLp1の形成技術について、図4を用いて説明する。ここでは、インダクタンスLp1について説明するが、インダクタンスLp2においても同様に形成されている。
【0063】
インダクタンスLp1は、電力増幅モジュール5における高周波増幅部6とバイアスコントロール回路7とにそれぞれボンディング電極BP1,BP2を設けるとともに、それらボンディング電極BP1,BP2の間にも任意の位置に複数のボンディング電極BP3を設け、それらボンディング電極BP1〜BP3をボンディングワイヤWによって接続することにより形成する。これにより、フレキシブルにインダクタンス成分を構成することができる。
【0064】
それにより、実施の形態によれば、バイアスコントロール回路7のバイアス電圧Vcontを低電圧化することができるので、電力増幅モジュール5の小型化、低コスト化、ならびに低消費電力化などを実現することができる。
【0065】
また、ローパスフィルタ17,18により、隣接チャネル漏洩電力の劣化を低減することができる。
【0066】
さらに、本実施の形態では、高周波増幅部6とバイアスコントロール回路7との間にローパスフィルタ17,18を設けた構成としたが、たとえば、図5に示すように、バイアスコントロール回路7におけるバッファアンプBA2,BA4にローパスフィルタ19,20を設けるようにしてもよい。
【0067】
この場合、ローパスフィルタ19は、抵抗Rp1,Rp2、およびコンデンサ(静電容量素子)Cp3,Cp4から構成されている。ローパスフィルタ20においても、同様に、抵抗Rp3,Rp4、ならびにコンデンサCp5,Cp6から構成されている。
【0068】
ローパスフィルタ19において、抵抗Rp2の一方の接続部には、トランジスタT2の他方の接続部が接続されており、該抵抗Rp2の他方の接続部には、抵抗Rp1の一方の接続部、およびコンデンサCp3の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
【0069】
コンデンサCp3の他方の接続部には、バッファアンプBA2の出力端子が接続されており、抵抗Rp1の他方の接続部には、コンデンサCp4の一方の接続部、ならびにバッファアンプBA2の正側入力端子が接続されている。コンデンサCp4の他方の接続部には、基準電位VSSが接続されている。
【0070】
ローパスフィルタ20における接続構成は、ローパスフィルタ19と同一であるので説明は省略する。また、高周波増幅部6、およびバイアスコントロール回路7におけるその他の回路接続構成についても、図3と同じであるので説明は省略する。
【0071】
このローパスフィルタ19,20が設けられたバッファアンプBA2,BA4では、エンベロープ周波数(5MHz程度以下)の帯域を減衰させる構成を持たせることで、バイアスコントロール回路7を介して漏れこむ雑音信号を低減させ、受信帯域雑音を低減することができる。また、上記した、隣接チャネル漏洩電力の低減にも効果がある。
【0072】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0073】
たとえば、前記実施の形態においては、高周波増幅部の初段増幅器、および後段増幅器が、ローパスフィルタを介してバイアスコントロール信号を入力する構成としたが、このローパスフィルタは、後段増幅のみにローパスフィルタを介してバイアスコントロール信号を入力する構成としても、良好に隣接チャネル漏洩電力の劣化を低減することができる。
【0074】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0075】
(1)バイアスコントロール制御回路のバイアス電圧を低電圧化することができるので、高周波電力増幅モジュールの小型化、低コスト化、ならびに低消費電力化などを実現することができる。
【0076】
(2)また、ローパスフィルタにより、隣接チャネル漏洩電力の劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による移動体通信機器の概略を示すブロック図である。
【図2】図1の移動体通信機器に設けられた電力増幅モジュールのブロック図である。
【図3】図2の電力増幅モジュールにおける回路図である。
【図4】図3の電力増幅モジュールに設けられたローパスフィルタを構成するインダクタンスの説明図である。
【図5】本発明の他の実施の形態による移動体通信機器に設けられた電力増幅モジュールの回路図である。
【符号の説明】
1 移動体通信機器
2 アンテナ
3 分波器
4 低雑音増幅器
5 電力増幅モジュール(高周波電力増幅モジュール)
6 高周波増幅部
7 バイアスコントロール回路
7a 電流変換部(第1のバイアス制御回路)
7b 電流変換部(第2のバイアス制御回路)
7c 増幅部(第1のバイアス制御回路)
7d 増幅部(第2のバイアス制御回路)
8 初段増幅器
9 後段増幅器
10,11 基準電圧発生回路(基準電圧生成部)
12〜14 コンデンサ
15,16 チョークコイル
17,18 ローパスフィルタ
19,20 ローパスフィルタ
HBTa トランジスタ(第2のトランジスタ)
HBTb トランジスタ
Tr1,Tr2 トランジスタ
T1〜T4 トランジスタ
Ra1,Ra2 抵抗
Rb1,Rb2 抵抗
R1,R2 抵抗
RR1〜RR3 抵抗
RR4〜RR6 抵抗
Rp1,Rp2 抵抗
BA1〜BA4 バッファアンプ(オペアンプ)
Lp1,Lp2 インダクタンス
Cp1,Cp2 コンデンサ(静電容量素子)
Cp3,Cp4 コンデンサ(静電容量素子)
BP1〜BP3 ボンディング電極
W ボンディングワイヤ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency power amplification module, and more particularly to a technique effective when applied to a high-power amplification technique for a high-frequency signal.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile phones have become widespread as one type of mobile communication, and diversity is required for their functions. For example, a high-frequency power amplification module used in a mobile phone is required to have high efficiency and high linearity in order to transmit a large amount of information in a short time such as communication time extension and image information exchange.
[0003]
For this reason, the specifications required for the power amplifier used in the high-frequency power amplification module are also strict, and it is necessary to reduce the output dependency of the power gain and reduce the operating current.
[0004]
In order to obtain the characteristics of high efficiency and high linearity, the power amplifier has a so-called multi-finger configuration in which a plurality of GaAs HBTs (Heterojunction Bipolar Transistors) are connected in parallel.
[0005]
In addition, the power amplifier is provided with a bias control circuit that controls bias correction when the power amplification factor, output power, or the like changes due to temperature or the like.
[0006]
According to a study by the present inventor, for example, an emitter follower circuit composed of two transistors is used as the bias control circuit, and the bias control signal generated by the emitter follower circuit is used as the HBT in the power amplifier. Bias control is performed by supplying to the base terminal.
[0007]
An example in which this type of power amplifier module is described in detail is Japanese Patent Laid-Open No. 2001-127701, which describes a technique for controlling the power gain of the power amplifier.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventors have found that the bias control technology in the high-frequency power amplification module as described above has the following problems.
[0009]
That is, when the transistor constituting the emitter follower is a GaAs HBT, the base-emitter voltage (Vbe) that can be operated in the transistor is about 1.4 V or more, and here, since there are two transistors, Vbe = A control voltage of about Vbe1 + Vbe2 (1.4V × 2) = 2.8V or more is required.
[0010]
Furthermore, the collector voltage for operating the above-mentioned two transistors requires a voltage higher than the Vbe voltage, which makes it difficult to reduce the control voltage.
[0011]
As a result, a power supply circuit that generates a high-voltage control voltage is required, which hinders downsizing, cost reduction, and power consumption reduction of the high-frequency power amplification module.
[0012]
In addition, when multi-finger power amplifiers are connected in multiple stages (for example, two stages), a high-frequency signal input to one power amplifier leaks to the other power amplifier via the bias control circuit, and the adjacent channel. There is a problem that leakage power (ACPR: Adjacent Channel Leakage Power Ratio) deteriorates.
[0013]
An object of the present invention is to provide a high-frequency power amplification module capable of lowering the bias voltage for performing bias control of a power amplifier configured using HBT or the like and improving the ACPR.
[0014]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
1. A high-frequency power amplification module includes a transistor that performs current amplification based on a bias control signal input to a base terminal, a first bias control circuit that generates the bias control signal, and an output unit of the first bias control circuit And a reference voltage generation unit that generates a reference voltage from the conversion current, and the first bias control circuit converts the bias voltage into a current and converts the conversion current into a current. A current converter to be generated and a buffer for buffering the reference voltage generated by the reference voltage generator are included.
[0016]
Moreover, the outline | summary of the other invention of this application is shown briefly.
2. In the first item, a second transistor connected to the previous stage of the transistor and performing current amplification based on a bias control signal input to a base terminal, and a bias control signal supplied to the second transistor are generated. A second bias control circuit that generates a reference voltage from the converted current, and the second bias control circuit converts the bias voltage into a current and generates a converted current; And a buffer for buffering the reference voltage generated by the reference voltage generation unit.
3. In the first or second item, the current conversion unit includes an operational amplifier having a voltage follower configuration, a gate connected to the output unit of the operational amplifier, and a series connection between a power supply voltage and a reference potential. A gate is connected to the first MOS transistor for generating current and the output section of the operational amplifier, and is connected in series between the power supply voltage and the reference voltage generating section, and a second current of the same level as the first current is supplied. The buffer includes a second MOS transistor to be generated, and the buffer includes a voltage follower-coupled operational amplifier.
4). In any one of the first to third items, the low pass filter includes an inductance connected in series between the output unit of the first bias control circuit and the base terminal of the transistor, and between the inductance and the reference potential. And the inductance is formed by a bonding wire.
5). In any one of the first to fourth terms, the input portions of the first and second bias control circuits are connected in common and the bias voltage is inputted in common.
6). In any one of the first to fifth terms, a low pass filter is provided at an input side terminal of an operational amplifier in the buffer.
7). In any one of the first to sixth aspects, the transistor includes a plurality of transistors connected in parallel to each other.
8). In any one of the second to seventh items, the second transistor includes a plurality of second transistors connected in parallel to each other.
9. In any one of the first to eighth items, the transistor is made of GaAs HBT.
10. In any one of the second to ninth terms, the second transistor is made of GaAs HBT.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a mobile communication device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a power amplification module provided in the mobile communication device of FIG. 1, and FIG. 4 is a circuit diagram of the power amplification module of FIG. 2, and FIG. 4 is an explanatory diagram of the inductance constituting the low-pass filter provided in the power amplification module of FIG.
[0019]
In the present embodiment, a mobile communication device 1 such as a cellular phone includes an antenna 2, a duplexer 3, a low noise amplifier 4, a power amplification module (high frequency power amplification module) 5 and the like as shown in FIG. It is configured.
[0020]
The antenna 2 transmits and receives communication radio waves. A duplexer 3 is connected to the antenna 2, and a low noise amplifier 4 and a power amplification module 5 are connected to the duplexer 3.
[0021]
The duplexer 3 is a filter that demultiplexes the transmission side signal and the reception side signal transmitted and received from the antenna 2. The low noise amplifier 4 amplifies the reception signal, and the power amplification module 5 amplifies the transmission signal.
[0022]
The received signal received by the antenna 2 is amplified by the low noise amplifier 4 via the duplexer 3 and then output to a subsequent frequency conversion circuit or the like. The modulated transmission signal is amplified by the power amplification module 5 to a power that can reach the base station, and then transmitted from the antenna 2 through the duplexer 3.
[0023]
Further, the configuration of the power amplification module 5 will be described.
[0024]
As shown in FIG. 2, the power amplification module 5 includes a high frequency amplification unit 6 and a bias control circuit 7. The high frequency amplifier 6 has a configuration in which a first stage amplifier 8 and a rear stage amplifier 9 are connected in series.
[0025]
The input section of the first stage amplifier 8 becomes a signal input section of the high frequency amplification section 6, and the output section of the subsequent stage amplifier 9 becomes a signal output section of the high frequency amplification section 6. The first-stage amplifier 8 amplifies the input signal input via the duplexer 3, and the rear-stage amplifier 9 amplifies the signal output from the first-stage amplifier 8.
[0026]
The bias control circuit 7 performs bias correction control when the high-frequency amplifier 6 changes the power amplification factor, output power, or the like due to temperature or the like.
[0027]
Further, the circuit configuration of the power amplification module 5 will be described with reference to FIG.
[0028]
The high-frequency amplifier 6 includes a first-stage amplifier 8, a rear-stage amplifier 9, reference voltage generation circuits (reference voltage generation units) 10 and 11, capacitors 12 to 14, choke coils 15 and 16, and low-pass filters 17 and 18. .
[0029]
The first stage amplifier 8 includes a transistor (second transistor) HBTa and resistors Ra1 and Ra2, and the subsequent stage amplifier 9 includes a transistor HBTb and resistors Rb1 and Rb2. Transistors HBTa and HBTb are formed of heterojunction bipolar transistors.
[0030]
Here, in FIG. 3, the first stage amplifier 8 is configured by one transistor HBTa, but may be configured by a so-called multi-finger transistor in which a plurality of transistors HBTa are connected in parallel.
[0031]
Similarly, the post-amplifier 9 is configured by one transistor HBTb in FIG. 3, but may be a multi-finger transistor having a configuration in which a plurality of transistors HBTb are connected in parallel.
[0032]
The resistors Ra1 and Rb1 are ballast resistors, and the resistors Ra2 and Rb2 are resistors for generating a voltage drop. These resistors Ra2 and Rb2 suppress a thermal runaway of the transistors HBTa and HBTb by causing a voltage drop when the current flowing through the transistors HBTa and HBTb increases due to a temperature rise or the like. The choke coils 15 and 16 suppress high-frequency signal leakage.
[0033]
One connection portion of the resistor Ra1 is connected to the base of the transistor HBTa, and one connection portion of the resistor Ra2 and one connection portion of the capacitor 12 are connected to the other connection portion of the resistor Ra1, respectively. Has been.
[0034]
The other connection portion of the capacitor 12 is connected so that the input signal RFin is input. The other connection portion of the choke coil 15 and one connection portion of the capacitor 13 are connected to the collector of the transistor HBTa.
A power supply voltage V CC is connected to one connection portion of the choke coil 15.
[0035]
The other connection portion of the capacitor 13 is connected to one connection portion of the resistors Rb1 and Rb2, and the other connection portion of the resistor Rb1 is connected to the base of the transistor HBTb.
[0036]
One connection portion of the capacitor 14 and the other connection portion of the choke coil 16 are connected to the collector of the transistor HBTb. A power supply voltage V CC is connected to one connection portion of the choke coil 16 so that the output signal RFout is output via the capacitor 14.
[0037]
A reference potential V SS (ground potential) is connected to the emitters of the transistors HBTa and HBTb.
[0038]
The reference voltage generation circuits 10 and 11 are composed of transistors Tr1 and Tr2 and resistors R1 and R2, respectively. Similarly, the transistors Tr1 and Tr2 are heterojunction bipolar transistors and are diode-connected.
[0039]
One connection portion of the resistors R1 and R2 is connected to the bases of the transistors Tr1 and Tr2. A reference potential V SS is connected to the emitters of the transistors Tr1 and Tr2, and the other connection portions of the resistors R1 and R2 are connected to the collectors of the transistors Tr1 and Tr2.
[0040]
The bias control circuit 7 includes current converters 7a and 7b and amplifiers 7c and 7d. The current converter (first bias control circuit) 7a includes a buffer amplifier (op-amp) BA1, resistors RR1 to RR3, and transistors T1 and T2.
[0041]
The current converter (second bias control circuit) 7b includes a buffer amplifier (op-amp) BA3, resistors RR4 to RR6, and transistors T3 and T4. The transistors T1 to T4 are MOS transistors.
[0042]
The amplifying unit (first bias control circuit) 7c includes a buffer amplifier (operational amplifier) BA2, and the amplifying unit 7d (second bias control circuit) includes a buffer amplifier (operational amplifier) BA4.
[0043]
One of connection portions of the resistors RR1 and RR4 is connected so that a bias voltage Vcont output from a control circuit or the like is input. One connection portion of the resistor RR2 and the positive (+) side input terminal of the buffer amplifier BA1 are connected to the other connection portion of the resistor RR1.
[0044]
The gates of the transistors T1 and T2 are connected to the output terminal of the buffer amplifier BA1, respectively. A power supply voltage V CC is connected to one connection portion of the transistors T1 and T2.
[0045]
One connection portion of the resistor RR3 and the negative (−) side terminal of the buffer amplifier BA1 are connected to the other connection portion of the transistor T1. A reference potential V SS is connected to the other connection portion of the resistors RR2 and RR3.
[0046]
A positive input terminal and an output terminal of the buffer amplifier BA2 are connected to the other connection portion of the transistor T2. The collector of the transistor Tr1 in the reference voltage generation circuit 10 is connected to the other connection portion of the transistor T2.
[0047]
The negative input terminal of the buffer amplifier BA2 is connected to the output terminal of the buffer amplifier BA2, and the bias control signal BC is output from the output terminal of the buffer amplifier BA2.
[0048]
The buffer amplifiers BA3 and BA4, resistors RR4 to RR6, and transistors T3 and T4 are the same as the connection configuration of the buffer amplifiers BA1 and BA2, resistors RR1 to RR3, and transistors T1 and T2, and the description thereof is omitted.
[0049]
The low-pass filters 17 and 18 include an inductance Lp1, a capacitor (capacitance element) Cp1, an inductance Lp2, and a capacitor (capacitance element) Cp2.
[0050]
The capacitors Cp1 and Cp2 approach the impedance of 0Ω at the envelope frequency of the modulated high-frequency signal, and attenuate the envelope frequency. Inductances Lp1 and Lp2 suppress changes in impedance at the carrier frequency of the modulation signal.
[0051]
One connection part of the inductance Lp1 is connected to one connection part of the capacitor Cp1 and the output terminal of the buffer amplifier BA2, and the other connection part of the inductance Lp1 is connected to the other connection part of the resistor Rb2 in the post-stage amplifier 9. The connection is connected.
[0052]
Furthermore, one connection portion of the capacitor Cp2 and the output terminal of the buffer amplifier BA4 are connected to one connection portion of the inductance Lp2, and the other connection portion of the inductance Lp2 is connected to the resistor Ra2 in the first-stage amplifier 8. The other connection part is connected.
[0053]
Therefore, the bias control signal BC output from the output terminals of the buffer amplifiers BA2 and BA4 is output to the post-stage amplifier 9 and the first-stage amplifier 8 via the low-pass filters 17 and 18, respectively.
[0054]
Next, the operation of the bias control circuit 7 according to this embodiment will be described.
[0055]
Although the operation of the buffer amplifiers BA1 and BA2, resistors RR1 to RR3 and transistors T1 and T2 will be described here, the buffer amplifiers BA3 and BA4, resistors RR4 to RR6, and transistors T3 and T4 perform the same operation. It is.
[0056]
First, when the bias voltage Vcont is input to the bias control circuit 7, the voltage divided by the resistors RR1 and RR2 is input to the positive side input terminal of the buffer amplifier BA1.
[0057]
Since the buffer amplifier BA1 has a voltage follower configuration, the voltage input to the positive input terminal of the buffer amplifier BA1 is amplified and output from the output terminal of the buffer amplifier BA1.
[0058]
The voltage output from the buffer amplifier BA1 is converted into a current by the transistor T1. The transistor T2 uses the current flowing through the transistor T1 as a reference current, and passes the same current value as the reference current.
[0059]
Here, since the transistor T2 is a MOS transistor, there is almost no voltage drop between one and the other connection portions (between the drain and source) in the transistor T2, and the voltage value of the bias voltage Vcont can be lowered. it can.
Therefore, the bias voltage Vcont can be lowered.
[0060]
The current supplied from the transistor T2 generates a reference voltage by the reference voltage generation circuit 10, and the buffer amplifier BA2 amplifies the reference voltage and outputs it as a bias control signal BC.
[0061]
The bias control signal BC is output to the high frequency amplifier 6 via the low pass filter 17. In the low-pass filter 17, the bias DC component passes, the envelope frequency is low impedance, and the carrier frequency is high impedance. Thereby, adjacent channel leakage power can be improved.
[0062]
A technique for forming the inductance Lp1 of the low-pass filter 17 will be described with reference to FIG. Here, the inductance Lp1 will be described, but the inductance Lp2 is similarly formed.
[0063]
The inductance Lp1 is provided with bonding electrodes BP1 and BP2 in the high-frequency amplifier 6 and the bias control circuit 7 in the power amplification module 5, respectively, and a plurality of bonding electrodes BP3 are also provided at arbitrary positions between the bonding electrodes BP1 and BP2. The bonding electrodes BP1 to BP3 are connected by bonding wires W. Thereby, an inductance component can be constituted flexibly.
[0064]
Thereby, according to the embodiment, the bias voltage Vcont of the bias control circuit 7 can be lowered, so that the power amplification module 5 can be reduced in size, cost, and power consumption. Can do.
[0065]
Moreover, the low-pass filters 17 and 18 can reduce the degradation of adjacent channel leakage power.
[0066]
Further, in the present embodiment, the low-pass filters 17 and 18 are provided between the high-frequency amplifier 6 and the bias control circuit 7. For example, as shown in FIG. 5, a buffer amplifier in the bias control circuit 7 is used. Low pass filters 19 and 20 may be provided at BA2 and BA4.
[0067]
In this case, the low-pass filter 19 includes resistors Rp1 and Rp2 and capacitors (capacitance elements) Cp3 and Cp4. Similarly, the low-pass filter 20 includes resistors Rp3 and Rp4 and capacitors Cp5 and Cp6.
[0068]
In the low-pass filter 19, one connection portion of the resistor Rp2 is connected to the other connection portion of the transistor T2, and the other connection portion of the resistor Rp2 is connected to one connection portion of the resistor Rp1 and the capacitor Cp3. Are connected to each other.
[0069]
The output terminal of the buffer amplifier BA2 is connected to the other connection part of the capacitor Cp3, and one connection part of the capacitor Cp4 and the positive input terminal of the buffer amplifier BA2 are connected to the other connection part of the resistor Rp1. It is connected. A reference potential V SS is connected to the other connection portion of the capacitor Cp4.
[0070]
Since the connection configuration of the low-pass filter 20 is the same as that of the low-pass filter 19, description thereof is omitted. The other circuit connection configurations in the high-frequency amplifier 6 and the bias control circuit 7 are also the same as those in FIG.
[0071]
The buffer amplifiers BA2 and BA4 provided with the low-pass filters 19 and 20 have a configuration for attenuating the band of the envelope frequency (about 5 MHz or less), thereby reducing the noise signal leaked through the bias control circuit 7. The reception band noise can be reduced. In addition, the above-described adjacent channel leakage power can be reduced.
[0072]
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[0073]
For example, in the above embodiment, the first-stage amplifier and the latter-stage amplifier of the high-frequency amplifier section are configured to input the bias control signal via the low-pass filter. Even when the bias control signal is input, deterioration of adjacent channel leakage power can be reduced well.
[0074]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
[0075]
(1) Since the bias voltage of the bias control circuit can be lowered, the high-frequency power amplifier module can be reduced in size, cost, and power consumption.
[0076]
(2) Further, the deterioration of adjacent channel leakage power can be reduced by the low-pass filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a mobile communication device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a power amplification module provided in the mobile communication device of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of the power amplification module in FIG. 2;
4 is an explanatory diagram of inductance constituting a low pass filter provided in the power amplification module of FIG. 3;
FIG. 5 is a circuit diagram of a power amplification module provided in a mobile communication device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mobile communication apparatus 2 Antenna 3 Demultiplexer 4 Low noise amplifier 5 Power amplification module (high frequency power amplification module)
6 High Frequency Amplifier 7 Bias Control Circuit 7a Current Converter (First Bias Control Circuit)
7b Current converter (second bias control circuit)
7c Amplifying section (first bias control circuit)
7d Amplifying unit (second bias control circuit)
8 First stage amplifier 9 Rear stage amplifier 10, 11 Reference voltage generation circuit (reference voltage generation unit)
12 to 14 Capacitors 15 and 16 Choke coils 17 and 18 Low-pass filter 19 and 20 Low-pass filter HBTa Transistor (second transistor)
HBTb transistor Tr1, Tr2 transistor T1-T4 transistor Ra1, Ra2 resistor Rb1, Rb2 resistor R1, R2 resistor RR1-RR3 resistor RR4-RR6 resistor Rp1, Rp2 resistor BA1-BA4 buffer amplifier (operational amplifier)
Lp1, Lp2 Inductance Cp1, Cp2 Capacitor (Capacitance element)
Cp3, Cp4 capacitors (capacitance elements)
BP1 to BP3 Bonding electrode W Bonding wire

Claims (10)

ベース端子に入力されるバイアス制御信号に基づいて電流増幅を行うトランジスタと、
前記バイアス制御信号を生成する第1のバイアス制御回路と、
前記第1のバイアス制御回路の出力部と前記トランジスタのベース端子との間に接続されたローパスフィルタと、
変換電流から基準電圧を生成する基準電圧生成部とを備え、
前記第1のバイアス制御回路は、
バイアス電圧を電流に変換し変換電流を生成する電流変換部と、
前記基準電圧生成部が生成した基準電圧をバッファリングし、バイアス制御信号とするバッファとを含み、
前記電流変換部は、
ボルテージフォロワ構成のオペアンプと、
前記オペアンプの出力部にゲートが接続され、電源電圧と基準電位との間に直列接続され、第1の電流を生成する第1のMOSトランジスタと、
前記オペアンプの出力部にゲートが接続され、電源電圧と前記基準電圧生成部との間に直列接続され、前記第1の電流と同じ程度の第2の電流を生成する第2のMOSトランジスタとを含むことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
A transistor for current amplification based on a bias control signal input to the base terminal;
A first bias control circuit for generating the bias control signal;
A low pass filter connected between the output of the first bias control circuit and the base terminal of the transistor;
A reference voltage generation unit that generates a reference voltage from the converted current,
The first bias control circuit includes:
A current converter that converts a bias voltage into a current and generates a converted current;
A buffer that buffers the reference voltage generated by the reference voltage generation unit and serves as a bias control signal ;
The current converter is
Operational amplifier with voltage follower configuration,
A gate connected to the output of the operational amplifier, connected in series between a power supply voltage and a reference potential, and a first MOS transistor that generates a first current;
A gate is connected to the output part of the operational amplifier, and a second MOS transistor is connected in series between a power supply voltage and the reference voltage generation part, and generates a second current of the same level as the first current. A high-frequency power amplification module comprising:
請求項1記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記トランジスタの前段に接続され、ベース端子に入力されるバイアス制御信号に基づいて電流増幅を行う第2のトランジスタと、
前記第2のトランジスタに供給されるバイアス制御信号を生成する第2のバイアス制御回路と、
変換電流から基準電圧を生成する基準電圧生成部とを備え、
前記第2のバイアス制御回路は、
バイアス電圧を電流に変換し、変換電流を生成する電流変換部と、
前記基準電圧生成部が生成した基準電圧をバッファリングするバッファとを含むことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
The high frequency power amplification module according to claim 1,
A second transistor connected to the previous stage of the transistor and performing current amplification based on a bias control signal input to a base terminal;
A second bias control circuit for generating a bias control signal supplied to the second transistor;
A reference voltage generation unit that generates a reference voltage from the converted current,
The second bias control circuit includes:
A current converter that converts a bias voltage into a current and generates a converted current;
And a buffer for buffering a reference voltage generated by the reference voltage generator.
請求項1または2記載の高周波電力増幅モジュールにおいて
記バッファはボルテージフォロワ結合されたオペアンプを含むことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
In the high frequency power amplification module according to claim 1 or 2 ,
Before Symbol high frequency power amplifier module, wherein the buffer containing the operational amplifier is a voltage follower coupled.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記ローパスフィルタが、
前記第1のバイアス制御回路の出力部と前記トランジスタのベース端子との間に直列接続されたインダクタンスと、
前記インダクタンスと基準電位との間に接続された静電容量素子とを含み、
前記インダクタンスが、ボンディングワイヤにより形成されていることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
In the high frequency power amplification module according to any one of claims 1 to 3 ,
The low pass filter is
An inductance connected in series between the output of the first bias control circuit and the base terminal of the transistor;
A capacitive element connected between the inductance and a reference potential,
A high frequency power amplification module, wherein the inductance is formed by a bonding wire.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、
前記第1、および第2のバイアス制御回路の入力部が共通接続され、前記バイアス電圧が共通して入力されることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。
In the high frequency power amplification module according to any one of claims 1 to 4,
A high-frequency power amplification module, wherein the input portions of the first and second bias control circuits are connected in common and the bias voltage is input in common.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、前記バッファにおけるオペアンプの入力側端子にローパスフィルタを設けたことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。  6. The high frequency power amplification module according to claim 1, wherein a low pass filter is provided at an input side terminal of the operational amplifier in the buffer. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、前記トランジスタは、互いに並列接続された複数のトランジスタを含むことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。  7. The high frequency power amplification module according to claim 1, wherein the transistor includes a plurality of transistors connected in parallel to each other. 請求項2〜7のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、前記第2のトランジスタは、互いに並列接続された複数の第2のトランジスタを含むことを特徴とする高周波電力増幅モジュール。  The high frequency power amplification module according to claim 2, wherein the second transistor includes a plurality of second transistors connected in parallel to each other. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、前記トランジスタは、GaAs HBTであることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。  9. The high frequency power amplification module according to claim 1, wherein the transistor is a GaAs HBT. 請求項2〜9のいずれか1項に記載の高周波電力増幅モジュールにおいて、前記第2のトランジスタは、GaAs HBTであることを特徴とする高周波電力増幅モジュール。  10. The high-frequency power amplification module according to claim 2, wherein the second transistor is a GaAs HBT. 11.
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